A Terra – litosfera e hidrosfera
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2ª Edição D I S C I P L I N A Ciências da Natureza e Realidade A Terra – litosfera e hidrosfera Autores Franklin Nelson da Cruz Gilvan Luiz Borba Luiz Roberto Diz de Abreu aula 02 CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S11 25/05/10 10:10 Governo Federal Presidente da República Luiz Inácio Lula da Silva Ministro da Educação Fernando Haddad Secretário de Educação a Distância Ronaldo Motta Reitor José Ivonildo do Rêgo Vice-Reitor Nilsen Carvalho Fernandes de Oliveira Filho Secretária de Educação a Distância Vera Lucia do Amaral Secretaria de Educação a Distância (SEDIS) Coordenadora da Produção dos Materiais Célia Maria de Araújo Projeto Gráfico Ivana Lima Revisores de Estrutura e Linguagem Eugenio Tavares Borges Marcos Aurélio Felipe Diagramadores Bruno Cruz de Oliveira Maurício da Silva Oliveira Júnior Mariana Araújo Brito Thaisa Maria Simplício Lemos Imagens Utilizadas Banco de Imagens Sedis (Secretaria de Educação a Distância) - UFRN MasterClips IMSI MasterClips Collection, 1895 Francisco Blvd, East, San Rafael, CA 94901,USA. Pedro Daniel Meirelles Ferreira MasterFile – www.masterfile.cpom Tatyana Mabel Nobre Barbosa MorgueFile – www.morguefile.com Revisoras de Língua Portuguesa Janaina Tomaz Capistrano Sandra Cristinne Xavier da Câmara Ilustradora Carolina Costa Pixel Perfect Digital – www.pixelperfectdigital.com FreeImages – www.freeimages.co.uk FreeFoto.com – www.freefoto.com Free Pictures Photos – www.fre-pictures-photos.com BigFoto – www.bigfoto.com FreeStockPhotos.com – www.freestockphotos.com OneOddDude.net – www.oneodddude.net Editoração de Imagens Adauto Harley Carolina Costa Divisão de Serviços Técnicos Catalogação da publicação na Fonte. UFRN/Biblioteca Central “Zila Mamede” Cruz, Franklin Nelson da. Ciências da natureza e realidade: interdisciplinar/ Franklin Nelson, Gilvan Luiz Borba, Luiz Roberto Diz de Abreu. – Natal, RN: EDUFRN Editora da UFRN, 2005. 348 p. ISBN 85-7273-285-3 1. Meio Ambiente. 2. Terra. 3. Universo. 4. Natureza. 5. Seca. I. Borba, Gilvan Luiz. II. Abreu, Luiz Roberto Diz de. III. Título. RN/UF/BCZM 2005/45 CDD 574.5 CDU 504 Copyright © 2007 Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste material pode ser utilizada ou reproduzida sem a autorização expressa da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte. CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S12 25/05/10 10:10 Apresentação N esta segunda aula, o tema a ser abordado é: Terra – litosfera e hidrosfera. Inicialmente, situaremos nosso planeta no sistema solar, apresentando algumas das suas características físicas em relação a outros planetas. Na seqüência, trataremos da sua constituição estrutural e química enfatizando a formação de duas das suas camadas: a litosfera e a hidrosfera. Ao final, levando em consideração a sistêmica, percebemos a necessidade de visualizarmos a Terra como um sistema único, constituído de dois tipos de matéria: a inanimada e a animada; e, assim, por vários subsistemas. Portanto, ao estudá-la na sua plenitude, concentraremos a atenção na matéria que a constitui, na energia que a torna dinâmica e na vida que a difere dos demais planetas. A resolução de atividades e a auto-avaliação estão associadas à leitura da aula ou, em alguns momentos, a trabalhos de pesquisa bibliográfica, na Internet ou, ainda, de pesquisa de campo. Objetivos Permitir que você defina a Terra como planeta, caracterize-a estruturalmente e a veja como um amplo sistema, constituído de vários subsistemas, dentre os quais destacam-se os reinos: animal, vegetal e mineral. Nesse sentido, esperamos que você: 1 2 2ª Edição CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S21 formule definições; aprecie contextos temáticos e extraia destes as informações necessárias à compreensão da aula; 3 leia tabelas e gráficos; 4 manipule dados numéricos; 5 forneça respostas às atividades programadas. Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade 1 25/05/10 10:10 Visões da Terra Vamos iniciar nossa aula solicitando a você que reflita a respeito das questões: o que é a Terra? quais as implicações e limitações da sua resposta? qual o motivo que nos leva a pensar dessa maneira? Visões do que seja a Terra, nosso planeta, exige do interlocutor não somente uma cultura geral, mas também, noções das leis e princípios que regem a sua dinâmica. A finalidade maior de tais conhecimentos é saber aplicá-los a diversas situações do dia-a-dia, missão extremamente complexa de ser realizada na íntegra por qualquer ser humano, sendo, por isso, interesse da ciência. As primeiras tentativas a esse respeito foram feitas pelos filósofos gregos. A visão de mundo mecânica/religiosa, decorrente de um mundo em movimento e perfeito, obra da criação geométrica de Deus, defendida por filósofos como Pitágoras, Parmênides e Platão, suplantou as mais antigas, defendidas pelos organicistas como Tales, Anaximandro e Heráclito, que consideravam todo o cosmos (o Universo) como vivo. Entretanto, já bem próximo ao final do século XX, ressurge uma das vias de construção da ciência. Nela, a visão mecanicista do mundo, com a qual convivemos por tanto tempo, cedeu lugar à organicista, renascida da própria tecnologia gerada pelo mecanicismo. O homem construiu um conhecimento que o permitiu desenvolver a teoria da relatividade, elaborar o 2 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S22 2ª Edição 25/05/10 10:10 modelo quântico que descreve a estrutura do átomo, determinar a estrutura do DNA, explorar o espaço e elucidar o genoma humano. Esse mesmo conhecimento permite hoje, a partir da sistêmica (nova disciplina que tem por objeto questionar, agrupar e caracterizar os sistemas), desvendar a natureza real da Terra e descobrir que, muito embora a matéria se apresente nas formas inorgânica (inanimada) e orgânica (viva), o planeta como um todo é vivo, sendo o único nessas condições em órbita do Sol. Uma das razões para se fazer uso da sistêmica com a finalidade de refinar o estudo da Terra é que ela permite antever e pesquisar os vários micro-sistemas (subsistemas), constituintes de macro-sistemas, na tentativa de aquisição de conhecimento do conjunto. Como exemplos de sistemas, citamos: o homem – nervos, circulação, respiração, visão, audição, digestão, entre outros; o carro – carburação, injeção, frenagem; os minerais – composição, estrutura, simetria; e, até mesmo a Terra, que engloba os exemplos anteriores. Nesta fase, três questões associadas ao sistema em estudo são essenciais: quantas e quais são as partes que o integram? como funciona o conjunto: sistema e subsistemas? como se dá a sua integração a macro-sistemas? Essas questões servem também como princípio norteador para concentrarmos nossa atenção no sistema em estudo, deixando de lado os detalhes menos importantes. Por exemplo, ao escolhermos a Terra, perguntaríamos: quantas e quais são as partes que a integram? A resposta quantitativa será três, enquanto a qualitativa será: matéria, energia e vida. Assim, para caracterizar o sistema Terra devemos estudar: a diversidade de matéria nela presente; a energia responsável pela sua dinâmica; os organismos vivos que a tornam exclusiva em nosso sistema solar. Como vemos, são imensas as implicações da concepção de que a Terra é um planeta vivo e não, simplesmente, um planeta com vida em sua superfície. Elas exigirão não somente mudanças efetivas de comportamento e práticas científicas, mas também, da sociedade como um todo. 2ª Edição CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S23 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade 3 25/05/10 10:10 Lendo e compreendendo os astros Parnasianismo Movimento literário surgido na França do século XIX, em oposição ao Romantismo, externando a partir da poesia o espírito positivista e científico da época. Que tal iniciarmos este parágrafo lendo um poema do Parnasianismo? Ele tem uma correlação muito grande com o tema de nossa aula. (Paráfrase) 1 [...] Sou um pequeno mundo; Movo-me, rolo e danço Por este céu profundo; Por sorte Deus me deu Mover-me sem descanso, Em torno de outro mundo, Que inda é maior do que eu. 2 [...] Eu sou esse outro mundo; A lua me acompanha, Por este céu profundo... Mas é destino meu Rolar, assim tamanha, Em torno de outro mundo, Que inda é maior do que eu. 4 3 [...] Eu sou esse outro mundo, Eu sou o sol ardente! Dou luz ao céu profundo... Porém, sou um pigmeu, Quer rolo eternamente Em torno de outro mundo, Que inda é maior do que eu. [...] Por que, no céu profundo, Não há-de parar mais O vosso movimento? Astros! qual é o mundo, Em torno ao qual rodais Por esse firmamento? 5 [...] Não chega o teu estudo Ao centro disso tudo, Que escapa aos olhos teus! O centro disso tudo, Homem vaidoso, é Deus! Olavo Bilac O Sistema Solar Plutão O Sistema Solar é constituído por uma estrela de porte médio, o Sol, e pelos planetas Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Netuno e Plutão (ver Figura 1). Até 2006, Plutão era contado como um planeta principal, mas a descoberta de vários corpos celestes de tamanho comparável fez com que a União Astronômica Internacional (UAI) decidisse considerálo como um planetóide. Figura 1 – O Sistema Solar: constituição e distância do planeta ao Sol (Relativas à Terra e expressas em unidades astronômicas: 1 UA = 149.597.890 km) 4 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S24 2ª Edição 25/05/10 10:10 Também faz parte dessa constituição, astros como os satélites dos planetas, dentre os quais, a Lua, numerosos cometas, asteróides, meteoritos e, ainda, poeira e gases interplanetários. O Sol é a principal fonte de energia do sistema solar e, em conjunto com as estrelas e demais astros, orbita em volta do centro de uma das muitas galáxias que constituem o Universo. A nossa, nomeada pelos gregos de Via Láctea, é um disco em espiral com aproximadamente 200 bilhões de estrelas (ver Figura 2). Figura 2 – Via Láctea Atividade 1 1 A partir das leituras do poema e do primeiro parágrafo do texto, o qual trata a respeito do Sistema Solar, que título você atribui ao poema de Olavo Bilac? 2 O sujeito na primeira estrofe é: [ ] um planeta. [ ] um satélite. [ ] uma estrela. 3 O sujeito na segunda estrofe é: [ ] um satélite. [ ] uma estrela. [ ] um planeta. 4 O sujeito na terceira estrofe é: [ ] uma estrela. [ ] um planeta. [ ] um satélite. 5 De quem fala a quarta estrofe? 2ª Edição CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S25 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade 5 25/05/10 10:10 A Tabela 1 lista alguns dados relativos ao Sol e aos planetas constituintes do Sistema Solar. Excentricidade Orbital Distância entre o centro da órbita elíptica de um planeta ou de um satélite e um dos focos ocupados pelo Sol ou pelo planeta principal. Massa (kg) ----- 1,989 x 1030 1,409 695.500 ----- 5.504 Mercúrio 57.909.175 3,302 x 1023 5,427 2.439,7 0,2056 300 Vênus 108.208.930 4,869 x 1024 5,240 6.051,8 0,0068 462 Terra 149.597.890 24 5,974 x 10 5,515 6.378,14 0,0167 15 Marte 227.936.640 6,419 x 1023 3,940 3.397 0,0934 -46 778.412.020 27 1,330 71.492 0,0484 -148 1.426.725.400 5,685 x 1026 0,700 60.268 0,0542 -178 Urano 25 2.870.972.200 8,685 x 10 1,300 25.559 0,0472 -216 Netuno 4.498.252.900 1,024 x 1026 1,760 24.746 0,0086 -214 Plutão 5.906.380.000 1,300 x 1022 2,000 1.151 0,2488 -228 Sol Júpiter Saturno Densidade Vale a pena lembrar que a densidade é a razão entre a massa de um corpo dividido por seu volume, ou seja, d = m/v. 6 Aula 02 1,899 x 10 De posse dos dados listados, podemos tirar algumas conclusões extremamente pertinentes sobre os planetas constituintes do Sistema Solar. Tendo em mente que a propriedade física densidade (d) varia de acordo com o estado de agregação da matéria na ordem: d sólido > d líquido > d gás, vamos traçar o gráfi co de Y = f(X) com X = Planeta e Y = Densidade Média e extrair dele algumas informações (ver Gráfico 1). Ciências da Natureza e Realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S26 Excentricidade Temperatura Densidade Raio Orbital Média (oC) Média (g/cm3) Equatorial (km) Distância do Sol (km) Astro Fonte: CALIFORNIA INSTITUTE OF TECNOLOGY. Jet propulsion laboratory. Disponível em: <http://www.jpl.nasa.gov/>. Acesso em: 20 maio 2005. Tabela 1 – Parâmetros Físicos que caracterizam o Sol e os Planetas Gráfico 1 – Densidade do Planeta = f(Planeta) 2ª Edição 25/05/10 10:10 Análise gráfica O gráfico revela nitidamente a existência de dois grupos de planetas constituintes do sistema solar: o primeiro composto pelos planetas Mercúrio, Vênus, Terra e Marte; e o segundo pelos planetas Júpiter, Saturno, Urano, Netuno e Plutão. O primeiro grupo apresenta alta densidade, o que configura a predominância em sua constituição física dos estados sólido e líquido. O segundo grupo apresenta baixa densidade frente ao primeiro, o que configura a predominância em sua constituição física, sobretudo, do estado gasoso. A literatura comprova as conclusões resultantes da nossa análise gráfica. Os planetas do grupo 1 são nomeados planetas telúricos pelo fato de possuírem uma superfície compacta e rochosa. Por sua vez, o conjunto de planetas do grupo 2 é nomeado de planetas gasosos. Júpiter e Saturno são constituídos pelos gases Hidrogênio (H2) e Hélio (He); Netuno e Urano, pelos dois gases anteriores acrescidos de traços de Metano (CH4); e Plutão é constituído sobretudo pelo gás Nitrogênio (N2), acrescido de traços de Monóxido de Carbono (CO) e Metano. Atividade 2 1 Com base em quais parâmetros físicos listados na Tabela 1, como você justifica a total ausência ou, no limite, a tênue atmosfera gasosa dos planetas telúricos, em oposição à densa atmosfera dos planetas gasosos? 2 Por analogia, liste os parâmetros físicos que podem ser destacados no poema de Olavo Bilac. Alguns desses parâmetros poderiam compor a Tabela 1? Quais? 2ª Edição CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S27 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade 7 25/05/10 10:10 O planeta Terra Estrutura A Terra, dentre suas peculiaridades, é vista como um planeta ativo e dinâmico com forma aproximada de uma esfera, constituído por três compartimentos de natureza física diferentes e que interagem de forma complexa. São eles: a litosfera; a hidrosfera ou oceano mundial; e a atmosfera. Esses três meios definem a biosfera, região do planeta que congrega os seres vivos e onde a vida é possível em permanência. Dentre os múltiplos aspectos que caracterizam a biosfera, dois são extremamente importantes para sua dinâmica e sobrevivência. O primeiro, a água, deve se encontrar em permanência no estado líquido. O segundo, a luz solar, banha a biosfera em fluxo contínuo sendo o seu único aporte de energia, a partir da qual os vegetais e, indiretamente os animais, elaboram todas as substâncias orgânicas de que necessitam para produzir energia química e mecânica, vitais ao seu crescimento, reprodução e as suas funções de relações. Atividade 3 1 2 8 Aula 02 Como você interpreta o verso do poema de Bilac: eu sou o sol ardente? Expresse, através de desenho, o planeta Terra, levando em consideração as suas especificidades. Ciências da Natureza e Realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S28 2ª Edição 25/05/10 10:10 Componentes químicos dos compartimentos Qual a semelhança entre o ar que respiramos, o solo sobre o qual caminhamos e a água que sacia a nossa sede? A resposta é bem fácil e talvez você já a conheça. Todos os objetos materiais com os quais você tem contato no seu dia-a-dia são feitos de átomos, tijolos fundamentais, responsáveis pela edificação da matéria. Eles são constituídos por três tipos de partículas presentes em duas regiões distintas: a central, núcleo onde estão alocados os prótons, que são partículas de carga positiva (+), e os nêutrons, partículas desprovidas de carga, e outra, onde estão os elétrons, de carga negativa (-), partículas que descrevem órbitas em torno do núcleo, dando origem à eletrosfera (ver Figura 3). ^ Figura 3 – A Estrutura do Átomo Essa constituição é responsável pela variedade de átomos presentes no Universo, perfazendo um total de 112 elementos químicos, dos quais 92 são naturais e 20 são artificiais, e resultam de processos nucleares. Eles estão dispostos na Tabela Periódica (ver em anexo), a ser estudada detalhadamente na disciplina Arquitetura Atômica. Os elementos são responsáveis pela edificação material dos planetas e da vida. Dada a nossa fértil imaginação, somos levados a acreditar numa espécie de reencarnação cósmica, a partir da qual cada átomo constituinte do nosso corpo tenha percorrido vários astros diferentes antes da formação do Sol, que com sua luz banha o nosso planeta. Nesse percurso, cada um dos átomos, certamente, fez parte da arquitetura da matéria de uma série de organismos diferentes desde a formação da Terra. Portanto, planetas, estrelas e organismos nascem e morrem, mas os elementos químicos, reciclados de um corpo a outro, obedecem às leis da conservação que expressam: a matéria e a energia não podem ser criadas nem destruídas, mas apenas transformadas de uma forma em outra. Isso nos permite afirmar que os elementos são eternos. 2ª Edição CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S29 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade 9 25/05/10 10:10 Atividade 4 Você já é capaz de definir átomo? Escreva um texto apresentando sua definição. A litosfera Do grego líthos, pedra + sphere, esfera, como indica a própria etimologia da palavra, a litosfera é parte sólida da Terra, constituída pelos continentes, ilhas e fundos oceânicos. Ela não é contínua, mas sua crosta é formada por vários blocos de rochas chamados de placas tectônicas, as quais se encaixam umas nas outras como na montagem de um grande quebracabeça, cujo plano de encaixe é o manto, zona que apresenta certa plasticidade. Como veremos, o núcleo da Terra, a uma temperatura elevada, aquece o material desse manto, o qual torna-se menos denso e ascende para regiões superiores. Ao esfriar, ao contrário, torna-se mais denso, retornando, mais uma vez, a níveis inferiores. Assim, devido à transferência de energia por convecção, se dá o movimento do material aquecido no interior da Terra. Estando as placas superpostas sobre esse material, elas podem se afastar umas das outras ou colidirem entre si, buscando as suas acomodações. Os movimentos e as colisões dessas placas liberam grandes quantidades de energia, sendo responsáveis por fenômenos naturais como: terremotos, maremotos, erupções vulcânicas, e, ainda, pela formação das grandes cadeias de montanhas emersas e submersas em nosso planeta. O estudo da litosfera nos remete para várias questões. Por exemplo: como é de fato o interior da Terra? a Terra é oca? os continentes se movem? o que provoca os terremotos e as erupções vulcânicas? Com o objetivo de responder a essas questões, vamos, em uma primeira etapa, aprender a caracterizar a estrutura da Terra, para em seguida, de posse dos argumentos necessários, fornecer as devidas respostas. Partindo do centro da Terra, podemos distinguir várias regiões, descritas a seguir, que lhe são características (ver Figura 5). 10 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S210 2ª Edição 25/05/10 10:10 A litosfera – camada superficial rígida, cuja espessura varia de 5 a 10 km sob os oceanos e de 25 a 100 km nos continentes, composta por rochas aparentes que constituem a crosta e o manto litosférico. A crosta terrestre na sua totalidade é formada por quartzo (dióxido de silício) e outros silicatos, como o feldspato (silicatos de alumínio, com potássio, sódio e cálcio e, raramente, bário). O manto – composto pelas camadas seguintes: • Astenosfera: camada plástica, deformável, logo após a litosfera, que apresenta uma espessura compreendida entre 100 e 700 km, sendo parte integrante do manto superior. Faz parte da sua constituição a Olivina (Mg, Fe)2 SiO4 e o Piroxênio (Silicato de Ferro, de Magnésio, de Cálcio e, também, de Alumínio, que caracteriza várias espécies nas rochas eruptivas). Amostras da astenosfera chegam à superfície da Terra na forma de lava vulcânica; • Mesosfera: região com espessura compreendida entre 700 e 2900 km. Quase totalmente inserida no manto inferior, constitui-se em grande extensão por Silício, Magnésio, Oxigênio e quantidades menores de Ferro, Cálcio e Alumínio. A temperatura do manto varia no intervalo compreendido entre 870oC, próxima à crosta, e 2200oC, próxima ao núcleo. O núcleo – constituído praticamente por Ferro e Níquel, divide-se em: • Núcleo externo, compreendido entre 2900 km e 5000 km, é supostamente líquido; • Núcleo interno, com 1300 km de raio, é sólido em sua maior parte. A temperatura do núcleo varia no intervalo compreendido entre 2200oC e 5000oC. A hidrosfera – região predominantemente líquida. Praticamente incompressível, compreende as águas marinhas e continentais. A ela também se associa uma fase sólida, os gelos continentais e marinhos. Por sua vez, as águas marinhas compõem 97% de sua constituição, as quais são animadas com movimentos de origem mecânica ou termodinâmica, resultantes de ações exercidas, seja no interior de suas massas, seja nas suas fronteiras. 2ª Edição CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S211 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade 11 25/05/10 10:10 Figura 5 – As principais partes da Terra A atmosfera – gasosa e compressível, a atmosfera apresenta características e composição química variáveis, principalmente com a altitude; ela está concentrada na razão de 80% de sua massa na troposfera, região que ocupa uma espessura de aproximadamente 12 km, a partir do nível do mar. A sua maior parte flutua em torno de um equilíbrio hidrostático, por movimentos de origem principalmente termodinâmica, resultantes das transferências de energia através de seus limites superior e inferior (solo e mar). Atividade 5 1 12 Aula 02 Com quais das regiões descritas na Figura 5 você interage no seu dia-a-dia? Ciências da Natureza e Realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S212 2ª Edição 25/05/10 10:10 2 Faça uma descrição física do relevo da sua região. Junte a essa descrição dados relativos ao ponto mais elevado, à temperatura média, à pressão atmosférica e ao índice pluviométrico da região. Rochas e minerais são domínios da Geologia e serão estudados na disciplina Mineralogia, teoria e prática. As definições fornecidas permitem observar que os continentes são constituídos por massas de rochas de baixa densidade (granito), suportadas por base de massa mais densa (basalto). Sendo a densidade do granito menor do que a do basalto, os continentes constituídos por granito sobrenadam em um fino leito de basalto. A Tabela 2 demonstra a composição química da Terra. Granito Rocha cristalina formada de uma mistura heterogênea de quartzo, feldspato e biotita. Tabela 2 – Composição Química da Terra Basalto Espécie Ferro Oxigênio Silício Magnésio Níquel Enxofre Titânio % em massa 34,5 29,5 15,2 12,7 2,4 1,9 0,05 O Gráfico 2, por sua vez, retrata de forma clara as especificidades da composição química da Terra. Nele, observamos a predominância do elemento ferro frente aos demais elementos. Rocha vulcânica, geralmente negra ou parda, que forma freqëntemente vazamentos extensos, mostrando às vezes uma estrutura prismática. Gráfico 2 – Composição Química da Terra 2ª Edição CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S213 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade 13 25/05/10 10:10 Atividade 6 Vamos agora responder às questões que seguem. Como de fato é o interior da Terra? A Terra é oca? Os continentes se movem? O que provoca os terremotos e as erupções vulcânicas? A hidrosfera Como já vimos, a hidrosfera forma o compartimento líquido da Terra, sendo praticamente constituída por moléculas de água. Você sabe explicar a origem da água líquida em nosso planeta? Na atualidade, a ciência defende o modelo de que a Terra e os demais planetas do sistema solar se formaram a partir da aglutinação de partículas materiais no mesmo período em que se deu a formação do Sol. A princípio, a Terra era totalmente desprovida de atmosfera e oceanos. Isso porque, além do alto número de colisões de partículas com a sua superfície – o que provocava o aumento da temperatura ambiente –, a pequena massa relativa do planeta era incapaz de reter em definitivo uma atmosfera ou vapor d’água. Na realidade, a água e os gases já existiam alocados nos poros das rochas que constituíam o planeta. À medida que estas se acomodavam, eram comprimidas compactamente devido à atração gravitacional. Assim, o interior do planeta se tornava mais quente e o vapor d’água e os gases se desprendiam das rochas, fluindo para a sua superfície. As bolhas de gases, ao escaparem das rochas e se aglutinarem formando bolhas maiores, promoviam grandes terremotos, e o calor liberado contribuía para a ocorrência de violentas erupções vulcânicas. Durante milhões de anos, a temperatura impossibilitava a formação de nuvens e, em conseqüência, a Terra era um planeta onde a seca já imperava. No entanto, com o passar do tempo, a temperatura superficial do planeta começou a diminuir e o vapor d’água que fluía das camadas mais profundas da Terra também começou a se condensar sobre a sua superfície. Como você pode observar, a formação dos oceanos através da condensação da água se deu do interior para a superfície do planeta. A hidrologia, área que estuda a dinâmica da água sobre a Terra, demonstra que, a cada ano, evaporam-se dos oceanos cerca de 1,2 x 1014 m3 de água, os quais retornam na forma de chuva diretamente para os oceanos ou, indiretamente, a partir dos continentes ou de outros mananciais aquáticos. 14 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S214 2ª Edição 25/05/10 10:10 Na sua quase totalidade, a água do nosso planeta se encontra nos mares e oceanos na forma líquida e salgada. Dados a respeito da área do planeta, terras emersas, mares e oceanos são listados a seguir. Área total do planeta: 510,3 milhões km² Das terras emersas: 149,67 milhões km² Dos mares e oceanos: 360,63 milhões km² Do Oceano Pacífico: 179,25 milhões km², incluindo Mar da China Meridional, Mar de Ojtsk, Mar de Bering, Mar do Japão, Mar da China Oriental e Mar Amarelo (49,7% das águas) Do Oceano Atlântico: 106,46 milhões km2, incluindo Oceano Ártico, Mar do Caribe, Mar do Norte, Mar Mediterrâneo, Mar da Noruega, Golfo do México, Baia de Hudson, Mar da Groenlândia, Mar Negro e Mar Báltico (29,5% das águas) Do Oceano Índico: 74,92 milhões km², incluindo Mar da Arábia, Golfo de Bengala e Mar Vermelho (20,8% das águas) Profundidade média dos oceanos: 3.795 m Volume total das águas do planeta: 1,5 bilhão km³ Atividade 7 1 2 2ª Edição CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S215 Com base nos dados anteriores, você é capaz de determinar os percentuais das áreas correspondentes: às terras emersas; aos mares e oceanos; ao oceano Pacífico; ao oceano Atlântico; ao oceano Índico. Você é capaz de representar em um gráfico de barras os dados obtidos no item anterior? Quais seriam suas coordenadas? Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade 15 25/05/10 10:10 Quanto à água doce, a maior parte encontra-se na forma de gelo ou alocada em grandes reservatórios subterrâneos. As frações situadas sobre os continentes e a atmosfera perfazem quantidades proporcionalmente menores, não obstante as suas importâncias biológicas. Observe a Tabela 3 a seguir. Tabela 3 – Volume das espécies de águas presentes na Terra Volume x 103 (km3) Região Oceanos % do Total 1.370.000 97,25 29.000 2,05 9.500 0,68 Lagos 125 0,01 Solos 65 0,005 Atmosfera 13 0,001 Rios 1.7 0,0001 Biosfera 0.6 0,00004 Calotas polares/geleiras Águas subterrâneas TOTAL 1.408.700 100 Fonte: SUSSMAN, A. Guia para o planeta Terra. São Paulo: Cultrix, 2000. Atividade 8 Prepare uma tabela como a fornecida no exemplo abaixo. Fonte Hídrica Tipo Qualidade da água Perene Volume (m3) Açu Rio Salobra Sim xxxxx Orós Açude Doce Não 10.000.000 Vazão (m3/s) Utilização da água 2000 Atividade agrícola e industrial xxxxx Consumo humano e atividades recreativas A partir de pesquisa, relate os dados solicitados e relativos às fontes hídricas de sua região. Obs.: no item Qualidade da água, classifique-a como potável, doce, salobra. E em Utilização da água, como consumo humano, lavagem de roupa, agrícola, industrial, recreação. 16 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S216 2ª Edição 25/05/10 10:10 Na disciplina Arquitetura Atômica e Molecular, você aprenderá que a molécula d’água é resultante da combinação de dois átomos de hidrogênio com um átomo de oxigênio através de um tipo de cola (elétrons) partilhada pelos átomos, em química nomeada de ligação covalente e está representada na Figura 6, por traços unindo os átomos. Figura 6 – A molécula de água Ciências dos sistemas da Terra A sociada ao estudo das estruturas física, química e biológica do nosso planeta, surge um novo campo da ciência denominado ciências dos sistemas da Terra, que a vê de forma integrada. Os especialistas desse novo campo de estudo combinam instrumentos e idéias das disciplinas científicas formais, como: Geologia, Biologia, Química, Física, Estatística e Informática, além da Matemática, como suporte essencial à elaboração de modelos que retratam os diversos sistemas constituintes da Terra. Também fazem uso de tecnologias modernas, visando à determinação de parâmetros físico-químicos associados ao planeta, tais como a concentração dos gases componentes da atmosfera, a monitoração da temperatura de continentes e oceanos, as medidas da umidade do ar, entre ouros. Produtos da tecnologia humana, satélites artificiais em órbita da Terra, a monitoram continuamente, em tempo real, fornecendo dados aos cientistas, o que lhes permite compreender melhor como funciona o sistema Terra. Isso também auxilia os estudos sobre a previsão das mudanças passíveis de se processarem e afetarem o planeta. Assim, podemos utilizar, sempre que necessário, a palavra sistema para descrever algo constituído de diversas partes que se juntam para formar um todo interligado. Por exemplo, o homem, um micro-sistema, está interligado ao sistema Terra, um macro-sistema, de extrema complexidade, conforme podemos visualizar na Figura 7. 2ª Edição CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S217 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade 17 25/05/10 10:10 Figura 7 – O homem como um sistema integrado Atividade 9 Como você analisa o verso de Olavo Bilac: a Terra é um todo? Ao estudarmos a Terra como um sistema, devemos dedicar especial atenção aos seus três constituintes mais nobres: a matéria, a energia e a vida, tríade indissociável. Portanto, para compreendermos o sistema Terra de forma integrada, devemos dedicar a máxima atenção a três princípios que atuam de forma conjunta e que são: os ciclos da matéria, os fluxos de energia e as teias da vida. É isso que propomos fazer nos próximos quatro anos dos Cursos de Licenciatura em Biologia, Física, Matemática e Química. 18 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S218 2ª Edição 25/05/10 10:10 Resumo Nesta aula, você foi estudou a constituição do sistema solar e, mais particularmente, a constituição físico-química da Terra. Algumas conclusões a respeito das características do nosso planeta foram obtidas fazendo uso de dados coletados na literatura consultada e de gráficos correlacionando algumas das variáveis físico-químicas listadas. Com isso, buscamos demonstrar a importância que têm os procedimentos gráficos na análise de contextos científicos. Uma breve introdução a respeito da disciplina sistêmica foi realizada com o intuito de demonstrar as vias pelas quais busca-se compreender, a partir da pesquisa científica, o comportamento dos sistemas. Auto-avaliação A palavra TERRA, originária do latim, apresenta vários sinônimos. Aqui, listamos alguns (ver Figura 8). Consulte o dicionário de língua portuguesa e anote os significados possíveis para cada um deles. 1 Figura 8 – A palavra Terra e seus significados Atenção! Você pode proceder à consulta fazendo uso do dicionário de português on-line disponível no endereço: http://www.priberam.pt/dlpo/dlpo.aspx. 2ª Edição CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S219 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade 19 25/05/10 10:10 2 Com base nas anotações decorrentes da questão anterior, proceda às associações entre os números correspondentes aos termos e os círculos da Figura 9, observando as suas dimensões. (1) Município (2) Estado (3) País (4) Continente (5) Planeta (6) Sistema Solar (7) Universo Figura 9 – Ordem de grandeza das entidades envolvidas 3 4 Partindo das associações feitas na questão anterior, e considerando o aspecto “tamanho do círculo”, a que conclusão você chega? A Tabela 4 a seguir fornece dados de agrimensura de terras. TERRAS SUPERFÍCIE (km2) Currais Novos 883,3 Macau 746,9 Nova Cruz 282,2 Rio Grande do Norte 53.077,3 Brasil 8.514.215,3 América do Sul 17.600.000 Planeta Terra 510.101.000 Confeccionando o gráfico de Y = f(X), você pode tirar várias conclusões. 20 Aula 02 a) Quem será X e quem será Y? b) Quais informações se pode extrair desse gráfico? Ciências da Natureza e Realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S220 2ª Edição 25/05/10 10:10 5 Quais as riquezas naturais da sua região? Caracterize a sua constituição química. 6 Como você caracteriza a litosfera, a hidrosfera e a biosfera da sua região? 7 Agora, você já é capaz de definir o planeta Terra? Vamos tentar! Referências ASIMOV, I. Asimov explica. Rio de Janeiro: Francisco Alves, 1986. ASIMOV, I. 111 Questões sobre a Terra e o espaço. 2.ed. São Paulo: Best Seller, 1991. BILAC, Olavo. Paráfrase. Jornal da Poesia, 1996. CALIFORNIA INSTITUTE OF TECNOLOGY. Jet propulsion laboratory. Disponível em: <http:// www.jpl.nasa.gov/>. Acesso em: 20 maio 2005. ENCYCLOPÉDIE SCIENTIFIQUE DE L’UNIVERS. La Terre, les eaux, l’átmosphere. França: Gauthir-Villars, 1984. LOVELOCK, J. As eras de Gaia. Rio de Janeiro: Campus, 1991. MARGULIS, L.; SAGAN, D. Microcosmos. São Paulo: Cultrix, 2002. RAMADE, F. Éléments d’écologie. Paris: McGraw – Hill, 1984. SAHTOURIS, E. A dança da Terra. Rio de Janeiro: Rosas do Tempo, 1996. SUSSMAN, A. Guia para o planeta Terra. São Paulo: Cultrix, 2000. TEIXEIRA, W. et all. Decifrando a Terra. São Paulo: Oficina de Textos, 2003. TERZIAN, Y.; BILSON, E. O Universo de Carl Sagan. Brasília: UnB, 2001. WARD, P. D.; BROWNLEE, D. Sós no universo? Rio de Janeiro: Campus, 2001. 2ª Edição CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S221 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade 21 25/05/10 10:10 Fonte: http://www.iupac.org/reports/periodic_table/IUPAC_Periodic_Table-3Oct05.pdf 22 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S222 2ª Edição 25/05/10 10:10 Anotações 2ª Edição CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S223 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade 23 25/05/10 10:10 Anotações 24 Aula 02 Ciências da Natureza e Realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S224 2ª Edição 25/05/10 10:10 CIÊNCIAS DA NATUREZA E REALIDADE – INTERDISCIPLINAR EMENTA A Ciência e seus métodos, levantamento da realidade local, o Universo, o Sistema Solar e a Terra, a atmosfera e o clima, a biosfera, a hidrografia, a flora e a fauna, a interferência humana no meio ambiente, uma primeira identificação de problemas ambientais. AUTORES > Franklin Nelson da Cruz > Gilvan Luiz Borba > Luiz Roberto Diz de Abreu AULAS 01 Situando a Ciência no Espaço e no Tempo 02 A Terra – litosfera e hidrosfera 03 A Terra – atmosfera 04 Bioma Caatinga – recursos minerais 05 Bioma Caatinga – recursos hídricos 06 Bioma Caatinga – recursos florestais e fauna 07 Interação Sol – Terra: fluxos de Energia 08 Clima e tempo 09 O Homem – origens 10 A Hipótese Gaia 11 Poluição 12 Ciência e ética 13 Ciência, Tecnologia e Sociedade 14 Universo: uma breve apresentação 15 O Nordeste, o Homem e a Seca: natureza de uma realidade CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S31 25/05/10 10:10 CI_NAT_A02_RAAR_250510.indd S32 25/05/10 10:10
